在计算机中，总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及通信双方如何协调如何配合。
通常用四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信。
在异步通信中，又分为两中方式：并行传送、串行传送。
在进行异步串行通信时，没有同步时钟，也不需要在数据传送中传送同步信号。为了确认被传送字符，约定字符格式为：
 1个起始位（低电平）、5~8个数据位（如ASCLL码为7位）、1个奇偶校验位（作检错用）、1或1.5或2个终止位（高电平）。
 1）起始位后面紧跟要传送字符的最低位，在奇偶校验位应该为传送字符的最高位，实际上就是将字符的二进制数倒过来放置，整个字符的结束是一个高电平的终止位。
 2）起始位和终止位构成一帧，两帧之间的间隔是任意的，这部分间隔被称为空闲位（高电平）。
 3）两帧之间的空闲位越少，其数据传输率越高。



例题：画图说明用异步串行传输方式发送十六进制数据95H。要求字符格式为：1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位、1位终止位。假设每秒传输120个数据帧，试计算波特率、比特率。
 
根据题目给出的字符格式，一帧包含1+8+1+1=11位
故波特率为：（1+8+1+1）*120=1320bps=1320波特
比特率为：1320*（8/11）=960bps

	

串口是串行接口(serial port)的简称，也称为串行通信接口或COM接口。
串口通信是指采用串行通信协议(serial communication)在一条信号线上将数据一个比特一个比特地逐位进行传输的通信模式。
串口按电气标准及协议来划分，包括RS-232-C、RS-422、RS485等。
串行通信
在串行通信中，数据在1位宽的单条线路上进行传输，一个字节的数据要分为8次，由低位到高位按顺序一位一位的进行传送。
串行通信的数据是逐位传输的，发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。不仅如此，接收方还必须能够确定一个信息组的开始和结束。
常用的两种基本串行通信方式包括同步通信和异步通信。
1串行同步通信
同步通信(SYNC:synchronous data communication)是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致(同步)，这样就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
同步通信把许多字符组成一个信息组(信息帧)，每帧的开始用同步字符来指示，一次通信只传送一帧信息。在传输数据的同时还需要传输时钟信号，以便接收方可以用时针信号来确定每个信息位。
同步通信的优点是传送信息的位数几乎不受限制，一次通信传输的数据有几十到几千个字节，通信效率较高。同步通信的缺点是要求在通信中始终保持精确的同步时钟，即发送时钟和接收时钟要严格的同步(常用的做法是两个设备使用同一个时钟源)。
在后续的串口通信与编程中将只讨论异步通信方式，所以在这里就不对同步通信做过多的赘述了。
2串行异步通信
异步通信(ASYNC：asynchronous data communication)，又称为起止式异步通信，是以字符为单位进行传输的，字符之间没有固定的时间间隔要求，而每个字符中的各位则以固定的时间传送。
在异步通信中，收发双方取得同步是通过在字符格式中设置起始位和停止位的方法来实现的。具体来说就是，在一个有效字符正式发送之前，发送器先发送一个起始位，然后发送有效字符位，在字符结束时再发送一个停止位，起始位至停止位构成一帧。停止位至下一个起始位之间是不定长的空闲位，并且规定起始位为低电平(逻辑值为0)，停止位和空闲位都是高电平(逻辑值为1)，这样就保证了起始位开始处一定会有一个下跳沿，由此就可以标志一个字符传输的起始。而根据起始位和停止位也就很容易的实现了字符的界定和同步。
显然，采用异步通信时，发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，可以互不同步。
下面简单的说说异步通信的数据发送和接收过程。
▶ 数据格式
在介绍异步通信的数据发送和接收过程之前，有必要先弄清楚异步通信的数据格式。
异步通信规定传输的数据格式由起始位(start bit)、数据位(data bit)、奇偶校验位(parity bit)和停止位(stop bit)组成，如图1所示(该图中未画出奇偶校验位，因为奇偶检验位不是必须有的，如果有奇偶检验位，则奇偶检验位应该在数据位之后，停止位之前)。
图1 异步通信数据格式
(1)起始位：起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。
(2)数据位：数据位紧跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定，一般可以是5位、7位或8位，标准的ASCII码是0~127(7位)，扩展的ASCII码是0~255(8位)。传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。
(3)奇偶校验位：奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，奇偶检验位不是必须有的。如果是奇校验，需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位；如果是偶校验，需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。
举例来说，假设传输的数据位为01001100，如果是奇校验，则奇校验位为0(要确保总共有奇数个1)，如果是偶校验，则偶校验位为1(要确保总共有偶数个1)。
由此可见，奇偶校验位仅是对数据进行简单的置逻辑高位或逻辑低位，不会对数据进行实质的判断，这样做的好处是接收设备能够知道一个位的状态，有可能判断是否有噪声干扰了通信以及传输的数据是否同步。
(4)停止位：停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。
(5)空闲位：空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。
▶ 数据发送过程
清楚了异步通信的数据格式之后，就可以按照指定的数据格式发送数据了，发送数据的具体步骤如下：
(1)初始化后或者没有数据需要发送时，发送端输出逻辑1，可以有任意数量的空闲位。
(2)当需要发送数据时，发送端首先输出逻辑0，作为起始位。
(3)接着就可以开始输出数据位了，发送端首先输出数据的最低位D0，然后是D1，最后是数据的最高位。
(4)如果设有奇偶检验位，发送端输出检验位。
(5)最后，发送端输出停止位(逻辑1)。
(6)如果没有信息需要发送，发送端输出逻辑1(空闲位)，如果有信息需要发送，则转入步骤(2)。
▶ 数据接收过程
在异步通信中，接收端以接收时钟和波特率因子决定每一位的时间长度。下面以波特率因子等于16(接收时钟每16个时钟周期使接收移位寄存器移位一次)为例来说明。
(1)开始通信，信号线为空闲(逻辑1)，当检测到由1到0的跳变时，开始对接收时钟计数。
(2)当计到8个时钟的时候，对输入信号进行检测，若仍然为低电平，则确认这是起始位，而不是干扰信号。
(3)接收端检测到起始位后，隔16个接收时钟对输入信号检测一次，把对应的值作为D0位数据。
(4)再隔16个接收时钟，对输入信号检测一次，把对应的值作为D1位数据，直到全部数据位都输入。
(5)检验奇偶检验位。
(6)接收到规定的数据位个数和校验位之后，通信接口电路希望收到停止位(逻辑1)，若此时未收到逻辑1，说明出现了错误，在状态寄存器中置“帧错误”标志；若没有错误，对全部数据位进行奇偶校验，无校验错时，把数据位从移位寄存器中取出送至数据输入寄存器，若校验错，在状态寄存器中置“奇偶错”标志。
(7)本帧信息全部接收完，把线路上出现的高电平作为空闲位。
(8)当信号再次变为低时，开始进入下一帧的检测。
以上就是异步通信中数据发送和接收的全过程了。
3几个概念
为了更好的理解串口通信，我们还需要了解几个串口通信当中的基本概念。
(1)发送时钟：发送数据时，首先将要发送的数据送入移位寄存器，然后在发送时钟的控制下，将该并行数据逐位移位输出。
(2)接收时钟：在接收串行数据时，接收时钟的上升沿对接收数据采样，进行数据位检测，并将其移入接收器的移位寄存器中，最后组成并行数据输出。
(3)波特率因子：波特率因子是指发送或接收1个数据位所需要的时钟脉冲个数。
串口接头
常用的串口接头有两种，一种是9针串口(简称DB-9)，一种是25针串口(简称DB-25)。每种接头都有公头和母头之分，其中带针状的接头是公头，而带孔状的接头是母头。
图2 DB-9外观图
由图2可以看出，在9针串口接头中，公头和母头的管脚定义顺序是不一样的，这一点需要特别注意。那么，这个管脚都有什么作用呢？
9针串口和25针串口常用管脚的功能说明如图3所示。
图3 9针串口和25针串口常用管脚的功能
RS-232C标准
常用的串行通信接口标准有RS-232C、RS-422、RS-423和RS-485。其中，RS-232C作为串行通信接口的电气标准定义了数据终端设备(DTE:data terminal equipment)和数据通信设备(DCE:data communication equipment)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。
1电气特性
RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号功能都做了规定。
在TXD和RXD数据线上：
逻辑1为-3~-15V的电压。
逻辑0为3~15V的电压。
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
信号有效(ON状态)为3~15V的电压。
信号无效(OFF状态)为-3~-15V的电压。
由此可见，RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与晶体管-晶体管逻辑集成电路(TTL)以高低电平表示逻辑状态的规定正好相反。
2信号线分配
RS-232C标准接口有25条线，其中，4条数据线、11条控制线、3条定时线以及7条备用和未定义线。
那么，这些信号线在9针串口和25针串口的管脚上是如何分配的呢？9针串口和25针串口信号线分配如图4所示。
图4 9针串口和25针串口信号线分配图
下面对这些信号线做个简单的介绍。
(1)数据装置准备好(DSR)，有效状态(ON)表示数据通信设备处于可以使用状态。
(2)数据终端准备好(DTR)，有效状态(ON)表示数据终端设备处于可以使用状态。
这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下面的一些控制信号决定。
(3)请求发送(RTS)，用来表示数据终端设备(DTE)请求数据通信设备(DCE)发送数据。
(4)允许发送(CTS)，用来表示数据通信设备(DCE)已经准备好了数据，可以向数据终端设备(DTE)发送数据，是对请求发送信号RTS的响应。请求发送(RTS)和允许发送(CTS)用于半双工的通信系统中，在全双工的系统中，不需要使用请求发送(RTS)和允许发送(CTS)信号，直接将其置为ON即可。
(5)数据载波检出(DCD)，用于表示数据通信设备(DCE)已接通通信链路，告知数据终端设备(DTE)准备接收数据。
(6)振铃指示(RI)，当数据通信设备收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效(ON)，通知终端，已被呼叫。
(7)发送数据(TXD)，数据终端设备(DTE)通过该信号线将串行数据发送到数据通信设备(DCE)。
(8)接收信号(RXD)，数据终端设备(DTE)通过该信号线接收从数据通信设备(DCE)发来的串行数据。
(9)地线(SG、PG)，分别表示信号地和保护地信号线。

文章目录
第九章 串口通信
9.1 串行通信基础
一、计算机通信方式
数据传送速度
二、串行数据传输方式
串行异步通信协议
标准数据格式
一帧数据发送时序
通信速率(传输速率)
信号的调制与解调（了解）
RS232C标准——串行通信接口标准
25针连接器中通信中常用的9个端子
信号电平标准（电器特性）
9.2 可编程串行异步通信接口芯片8250
内部结构
9.3 8250初始化编程
9.4 串行通信的外部环境
9.5 串行通信程序设计举例

第九章 串口通信
9.1 串行通信基础
一、计算机通信方式
CPU与外部的信息交换称为通信

并行通信：数据所有位同时被传输
串行通信：数据被逐位顺序传送

串行异步通信：指一帧字符用起始位和停止位来完成
串行同步通信：靠同步字符来完成收发双方同步



数据传送速度
并行通信>串行同步通信>串行异步通信

同步通信指的是发送端与接收端的时钟同步
二、串行数据传输方式
（远程）串行数据通信系统模型

对一个通信系统来讲，必须要考虑的问题有以下几个方面：

信道的带宽和数据的传输速率
信号的调制与解调
串行通信的信号格式 等

数据的传输方式

单工方式:只允许数据按照一个固定的方向传送
半双工方式：要求收发双方均具备接受和发送数据的能力，由于只有一条信道，数据不能同时在两个方向上传送
全双工方式：在全双工方式中，收发双方可同时进行数据传送（至少两根线）

串行异步通信协议
标准数据格式




起始位
数据位
奇偶校验位
停止位




1位
5~8位
0~1位
1、1.5、2 位


逻辑‘0’
0,1代码
0或1
逻辑‘1’


注：

数据位先发低字节
奇偶校验位（可有可无）：通信双方约定采用一致的奇偶校验方式，由发送方设置校验位，由接受方负责校验

奇校验：数据位与校验位中’1’的个数为奇数
偶校验：数据位与校验位中’1’的个数为偶数



一帧数据发送时序
异步通信时，

一帧字符以起始位’0’开始，紧跟着是数据位(先发数据最低位，再是高位)奇偶校验位，最后以停止位结束(停止位可以是1位、1.5位或者2位的逻辑1信号)。无数据传送时，通信线长时间逻辑’1’。
通信速率(传输速率)
通信速率，又称波特率，表示每秒钟传送的0、1代码个数(包括起始位、校验位、停止位)，单位为“波特”。

(bite  per  second—— bps)——  
异步通信传送中，收发双方必须约定：

收发双方的通信速率必须一致
收发双方的数据帧格式必须一致

信号的调制与解调（了解）

调制：用一个信号控制另一个信号的某个参数随之变化的过程，叫调制。


这两个信号分别叫调制信号和被调信号，被调信号只作为传输过程中信息的载体，也叫载波。
解调： 将已经调制的信号恢复成原来的数字信号的过程。

通常情况下，通信是双向的，调制器和解调器设置在同一个装置中，称为调制解调器(MODEM,猫，ADSL )。这个设备在远距离通信中具有重要作用！
RS232C标准——串行通信接口标准

要进行串行通信，还要解决一个问题：计算机与MODEM怎样连接？         —— 通过接口电路——串行接口电路  连接。

这个接口其： 机械特性、电气特性、功能特性 都要遵循一定的规范，也就是要有一个标准。

目前计算机通信使用最普遍的是RS-232C标准。它对两方面作了规定：信号的电平标准和控制信号的定义。


控制信号的定义(机械特性)早期的PC系列机一般有两个串行口：即COM1和COM2，使用9针和25针两种连接器，符合RS-232C接口标准。

RS-232C使用25芯连接器和9芯连接器

25针连接器中通信中常用的9个端子




25针连接器端子号
名称
方向(从微机出发)
功能




2
TXD
输出(DTE→DCE)
发送数据(Transmit Data)


3
RXD
输入(DCE→DTE)
接收数据(Receive Data)


4
RTS
输出(DTE→DCE)
请求发送(Request To Send)


5
CTS
输入(DCE→DTE)
允许发送(Clear To Send)


6
DSR
输入(DCE→DTE)
数据设备准备好(Data Set Ready)


7
GND/SG

信号地(Signal  Ground)


8
DCD
输入(DCE→DTE)
载波检测(Carrier DeteCt)


20
DTR
输出(DTE→DCE)
数据终端准备好(Data Term Ready)


22
RI
输入(DCE→DTE)
振铃指示(Ring Indicator)


信号电平标准（电器特性）
标准规定：

逻辑“1”信号，电平在 –3V ~ -15V 之间；
逻辑“0”信号，电平在 +3V ~ +15V 之间；

因此，使用RS-232C与微机接口时，需要将TTL电平 (0 ~ 5V)与RS-232C电平进行转换。


9.2 可编程串行异步通信接口芯片8250
详细见：可编程串行异步通信接口芯片8250

能实现数据串$\Leftrightarrow$并变换，实现全双工异步通信支
持异步通信协议，数据格式、通信速率等由初始化编程设定
内部有MODEM控制器，可直接和MODEM相连
内部有中断机制，CPU可用查询、中断方式与之交换信息
以Ins 8250为核心器件的微机串行口，基于RS-232C标准，微机之间既通过连接调制解调器实现通过电话线路的远距离通信，也可以
直接连接进行短距离的点到点通信。

PC机有2个串行口，端口I/O地址分别为主串口3FXH、辅串口2FXH（高档微机中，8250的功能被一些多功能芯片取代）



**串行数据发送过程：**CPU执行OUT指令，将待发送的数据→发送保持寄存器暂存，当发送移位寄存器空闲时自动装入，后者在发送器时钟控制下将并行数据添加起始位、校验位、停止位，一位一位发出。


**串行数据接收过程：**在接收器时钟控制下，接收移位寄存器一位一位地接收串行数据，自动的去掉起始位、校验位、停止位，并转换成并行数据→接收缓冲寄存器暂存，在接收过程中对一帧数据自动进行校验。


内部结构

TIP:寄存器不一定有口地址，口地址一样的寄存器不一定是同一个寄存器，口地址相同不会同时访问两个寄存器


发送保持寄存器(3F8H/2F8H)

该寄存器保存CPU传送来的并行数据，并转移至发送移位寄存器

注：只有在发送保持寄存器空闲时，CPU才能写入下一个数据。


接收缓冲寄存器(3F8H/2F8H)

接收移位寄存器，去掉起始位，校验位和停止位，转换成并行数据，转换后的并行数据存入接收缓冲寄存器，等待CPU接收。

注：只有当一帧数据收完后，CPU才能用IN指令读接收缓冲寄存器


通信线状态寄存器(3FDH/2FDH)：D0与D5最重要，D1到D5之间的是



D0位：接收数据准备好(接收缓冲器满)标志位。 D0＝1，表示接收器已接收到一帧完整的数据，并已转换成并行数据，存入接收缓冲寄存器。(CPU接收数据时一定要查询)
D5位：***发送保持寄存器***空闲标志位。D5＝1，表示数据已从发送保持寄存器转移到发送移位寄存器，发送保持寄存器空闲，CPU可以写入新数据。当新数据送入发送保持寄存器后， D5置0。
D7位：恒为0。

注意：D0位(接收数据准备好)和D5位(发送保持寄存器空)是串行接口最基本的标志位，它们决定了CPU能不能向8250进行读写操作，只有当D0＝1时，CPU才能读数；只有当D5=1或D6=1时，CPU才能写数据。

中断允许寄存器（3F9H/2F9H)
中断识别寄存器（3FAH/2FAH)
MODEM控制寄存器（3FCH/2FCH）
除数寄存器( 高8位3F9H/2F9H ，低8位3F8H/2F8H )
通信线控制寄存器（3FBH/2FBH）
MODEM状态寄存器（3FEH/2FEH）

9.3 8250初始化编程

直接对8250端口操作
利用BIOS通信软件(INT 14H)（了解）

直接对8250端口进行 初始化编程 步骤：


确定波特率 ——  设置除数锁存器3FBH ；9行


确定数据格式 —— 设置通信线路控制寄存器；3行


确定是否使用中断方式 —— 若使用，需设置中断允许寄存器的相应位置“1”，否则对应位置“0”；3行


设置MODEM 控制寄存器   3行



子程序一定要有ret
I8250    PROC
;除数锁存器（分频系数）
MOV       DX，3FBH;
MOV       AL，80H
OUT        DX，AL;通讯线路控制寄存器最高位置“1”
MOV       DX，3F9H;D7设置
MOV       AL，0
OUT        DX，AL;除数低位送入 除数锁存器 LSB (低8位)
MOV       DX，3F8H
MOV       AL，60H
OUT        DX，AL;除数高位送入 除数锁存器 MSB (高8位)

MOV       DX，3FBH;定义数据帧格式
MOV       AL，03H
OUT        DX，AL
MOV       DX，3F9H;中断允许寄存器
MOV       AL，0
OUT        DX，AL
MOV       DX，3FCH;MODERM控制寄存器
MOV       AL，10H
OUT        DX，AL
RET
I8250  ENDP

9.4 串行通信的外部环境

短距离（无MODEM）点——点全双工通信



短距离单工通信



外环自发/自收



9.5 串行通信程序设计举例
设计时需要考虑：
① 题型：单端自发自收，点—点通信(全双工、单工)
② CPU与串口交换信息的方式：查询？中断？
③ 编程手段：对端口直接编程？调用BIOS通信软件
④ 根据题目要求组织相应的外部环境


对端口直接操作发送和接收数据，

程序中查询联络线,可以按“有联络线”方式接线

程序中不查询联络线，可以按“无联络线”方式接线


BIOS通信软件是一个全双工的通信软件，发送和接收之前都要使用联络线与对端“握手”，只有联络畅通，才能发送或接收数据！


当8250设置为内环自检方式的时候，只能采用查询方式，而且只能采用对端口直接操作的编程手段，完成数据的发送和接收。





注：本书中的信号传输是使用二进制信号进行的，此处的波特率(数据信号速率)也指比特率(数据通信速率)。 ↩︎

注：计算机处理器中数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 ↩︎

数据传输主要有三种不同的划分方式。

并行/串行通信；

同步/异步传输；

按数据的不同传输方向可分为单工、半双工、全双工。
1.并行通信和串行通信

（1）并行通信

并行通信是同时传送数据的各个位进行发送or接收的通信方式。

传输率比串行接口快8倍，理论值为1Mbits/s.

传输的信息不要求固定格式

通信抗干扰能力插

传输距离小于30m
（2）串行通信

串行通信是常用的通信协议，其会将数据按位一次传输。

线路简单、成本较低

传输速度比并行通信慢。

RS-232一般通信距离较近时使用（<12m）,最大速度为20Kbits/s。

RS-422/485通信距离与速率成反比，理论最大距离为1.2KM，最大速度为10Mbits/s。

422最多可以接10个节点，485最多可以接32个节点。
2.同步/异步传输

（1）同步传输

同步传输，是将许多字符组成一个信息组，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息的开始要加上同步字符，如果没有信息要传输，则要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。在整个系统中，由统一的时钟控制发送端来发送空字符。接收端同样要求能识别同步字符，当见检测到有一串位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧，于是，把此后的BIT作为实际传输信息来处理。
（2）异步传输

异步传输，是指位被划分成小组独立传送。每次异步传输都以一个开始位开头，它通知接收方数据已经到达了；在传输结束时，一个停止位表示一次传输的终止。

常用于低速设备，传送负载也要比同步通讯大25%。
3.数据传输方向（单工、半双工、全双工）

（1）单工方式

单工通信使用一根导线，信息只能由一方A传到另一方B。

（2）半双工方式

同样使用一根传输线，它既作接收又作发送，收/发的开关实际由软件的电子开关控制。

（3）全双工方式

当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻发送和接收。